景深:能看清的范围,却经常“看不清”

景深(Depth of Field,DoF)是一个定义简单,但误解颇多的概念。

景深定义

定义:被摄主体所在平面前后【清晰】的范围。

比如,用全幅相机索尼 a9 配备 14mm/F2.8 镜头时,如果距离被摄物体 2 米,使用Photopills景深计算器可以算出,被摄物体前 0.92m 和后 12.26m 的范围内的物体成像是清晰的。

然而,人的【清晰感知】受很多因素影响。比如照片像素高低,传感器质量,或者打印在多大的纸上,人离多远看,甚至打印机质量,人的视力都会影响。

一般来说,为了排除这些与摄影本身无关的因素,常会做一些假设。Photopills上列出了一些假设:

  • 打印尺寸为 8 英寸×10 英寸(20 厘米×25 厘米)。
  • 观看距离为 10 英寸(25 厘米)。
  • 制造商的标准视力(观众可以感知到大约 0.01 英寸大小的细节)。

景深计算 - 允许弥散圆

在这些假设成立的前提下,为了精确计算拍摄场景下的前景深和后景深,一般会用一个叫允许弥散圆(Permissible Circle of Confusion,P-CoC)的概念。

弥散圆这个名字可以说是相当不直观了,但实际上指的就是一个点光源在照片上形成的圆。一个点光源只有在焦平面上才能“完美”成像为一个点,不在焦平面上的点无论是略微还是严重偏离焦平面,最终都会成像成一个圆,区别只是大小。

人眼有分辨极限,当一个圆足够小时,人眼无法区分它是圆还是点。在此范围内,人眼无法分辨的最大圆就是允许弥散圆。。

景深影响因素

在继续阅读本文之前,强烈建议先观看范金子大佬的视频,非常直观,简洁,制作精良。

通过简单的光学通路图演示,很容易就可以得出一些直觉上的结论:

  • 光圈越大
  • 焦距越长
  • 距离被拍摄物体越近

景深越浅。这与景深计算公式得出的距离也是一致的。

图1 景深范围
图2 景深计算公式

现在我们还剩下一个问题,人们常说的“我的相机画幅大,是全画幅,虚化比APS-C好,景深浅”这个说法到底成立不成立,如果成立,有没有什么先决条件。范金子大佬的视频里没有探讨这个问题,下面我们来具体分析一下。

景深与画幅

通常,传感器越大,允许弥散圆越大(当然,这也受传感器像素量,成像素质等等因素影响)。比如 全画幅Sony A9,其允许弥散圆直径一般认为是 0.03mm 或者 0.029mm,而APS-C的富士X100F,则是0.020mm。

根据公式(截图来自参考资料 1),允许弥散圆越大,景深越深。那也就意味着,传感器越大,景深越深!

我们用景深计算器验证一下(如 DOF Simulator 或 Photopills)得到的结论和推导也是一致的。(不同计算器的结果会有少许差异,这是因为即使对于同一相机型号,它们给出的允许弥散圆直径也有少许出入)

这似乎反直觉,因为大部分人都会说画幅越大,景深越浅。但实际上,画幅越大,允许弥散圆越大,景深应该越深。

其实人们常说的“画幅越大,景深越浅”,很多时候都忘了提,在保证同一视角同一透视的基础上,这个结论才成立。

  • 要拍摄相同透视效果的照片,首先距离必须相同(透视只和距离有关,无关画幅)。
  • 要拍摄相同视角的照片,由于小画幅在同一距离上视角窄了很多,需要用更短的焦段,比如 M43 用 25mm 和全画幅用 50mm 视角一致。

在这种情况下,光圈一致时,根据景深公式,此时焦段对于景深的影响是大于允许弥散圆的,所以画幅大的景深浅。

所以,说“画幅越大,景深越浅”并没有错,但有前提,前提是保证拍摄的画面视角和透视一致。控制的变量不同,结论也不同。

这个视频([YouTube][B站搬运])比较了 M43,APS-C,全画幅和中画幅四种画幅的景深区别。其也是在视角和透视是完全一致的的前提下做的比较。

B 站上这个UP的视频讲得也比较清晰且简洁。

一些迷惑

在尝试理解这个问题的时候,我曾搜到过YouTube上这个高赞视频Depth of Field Myths: Does Focal Length & Sensor Size Affect DoF?,这个视频认为只有入瞳直径距离影响是直接影响因素;焦距,光圈F值,传感器尺寸都是通过直接因素影响的间接因素。一句话解释入瞳直径就是:指通过镜头前端看进去时,光圈开口的有效直径,决定了镜头的光圈大小和进光量。

这个视频关于入瞳直径和距离怎么影响景深的图例解释比较直观,但是粗糙,并非在数学上严谨。后面关于传感器大小与景深的讨论,则完全由上面的结论得出,其一大纰漏是完全没考虑不同画幅的允许弥散圆大小不同。如果拿他举的例子去景深计算器里验证一下,实际上不成立。

总的来说,直观图例虽然生动,但是严谨结论尽量还是从数学出发,结合实例比较靠谱。

超焦距

我们有时候会看到类似“理光 GR3 对焦不佳,但是我扫街用超焦距来拍,不需要对焦”的说法。

如果你使用景深计算器,有时会发现后景深范围是正无穷,比如设置 f16 的小光圈,或者9mm的焦距。这意味着从前景深范围到正无穷的距离里,所有点光源成像的弥散圆都小于允许弥散圆,也就是都在焦内,是清晰的。

举个例子,理光 GR3 的固定镜头焦距是 18.3mm,假设光圈 F/4.0,其超焦距距离是 4.2m,这意味着拍照时只要保证对焦在 4.2m 处,2.1m 到正无穷范围内的东西都是清晰的。

综上,超焦距拍摄具体步骤就是:

  • 设置好相机的光圈和焦距。(光圈尽量小,焦距尽量小)
  • 计算/估算超焦距,手动将焦距环调整到超焦距点。(景深计算器都可以算)
  • 此时,只要你的被摄物体距离你比超焦距的一半远,则一定是清晰的。
图3 超焦距

Bokeh - 焦外虚化

注意,Bokeh 理论上和 DoF 是两个概念。DoF只是说从哪到哪是清晰的,但是不清晰的部分怎么个不清晰法(刀锐奶化,还是龇牙咧嘴)就是Bokeh的范畴了。

有空再填坑。

参考